内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标制造技术

本发明专利技术公开了一种内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，包括浮体，浮体包括浮体壳体、惯性体式波浪能发电装置、弹性水囊模块，惯性体式波浪能发电装置包括惯性体式波浪能捕获模块；浮体壳体包括内侧浮体壳体和外侧浮体壳体；内侧浮体壳体的顶部设置外侧浮体壳体，底部则设置锚链系泊系统；惯性体式波浪能捕获模块沿着内侧浮体壳体的轴线设置于内侧浮体壳体的内腔；弹性水囊模块同轴设置于外侧浮体壳体内，并能够随着波浪周期的变化，通过给排水系统从浮体外部吸入海水或者向浮体外部排出海水，改变浮体的质量和固有周期，以与当前波浪周期共振。因此，本发明专利技术能够拓宽浮标实现高效率波浪能捕获的波浪频带宽度，以适应海上持续变化的波况。

【技术实现步骤摘要】
内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标
本专利技术属于海洋浮标
，涉及一种波浪能供电的海洋监测浮标。
技术介绍
21世纪是海洋开发的世纪，进行海洋水文、气象和水声等海洋环境要素的监测对于发展海洋经济、维护海洋权益具有重要意义，而该类数据的获得主要依赖海洋监测浮标。海洋监测浮标上功能器件的正常工作需要电能供给，而目前主要的电能供给方法为蓄电池和太阳能。利用蓄电池供电的浮标受限于电池容量，通常只作一次性使用。而对于利用太阳能供电的浮标，由于太阳能板发电功率较低，浮标上功能器件只能低功耗工作。随着海洋经济的逐步发展，海洋监测浮标的要求逐步提高：首先是多任务，即一个浮标要集成多个测量海洋环境要素的传感器；其次是高时间分辨率，即高频次地测量相关要素；最后是高实时性，即及时将测量得到的数据通过卫星等手段发回控制中心。海洋监测浮标多任务、高时间分辨率和高实时性的趋势提出了浮标高功率电能供给的需求。波浪能具有能量密度高的特点，如果海洋监测浮标就地取能，将波浪能转换为电能为其功能器件供电，将可以有效解决浮标高功率电能供给的需求。通常，将波浪能转换为电能的过程中，首先需要将波浪能量转变为某种相对运动的动能，若该相对运动为相对于外部参考物（例如水下阻尼盘），则必然存在动力部件暴露于海水或盐雾中而易受腐蚀的问题；若该相对运动为相对于内部惯性体，则可以避免上述问题。目前，内部惯性体式波浪能供电浮标中将相对运动的动能转换为电能的过程普遍采用直线发电机，如申请号为201610496263.5的专利技术专利中公开的一种晃动式波浪能供电浮标和申请号为201620027191.5的专利技术专利中公开的一种惯性振子波浪能供电浮标。由于直线发电机长期工作在不稳定的线速度下，相对运动的动能转换为电能的效率较低。对于波浪能供电的浮标，需要设计浮标的质量使其固有周期接近入射波浪的周期而发生共振，以最大程度地捕获波浪能。然而，实际海面上的波浪周期是持续变化的，当波浪周期偏离浮标的固有周期时，浮标捕获波浪能的能力将下降。特别是对于内部惯性体式波浪能捕获方案，由于惯性体质量的限制，浮标实现高效率波浪能捕获的波浪频带宽度较窄，即：当波浪周期较小程度地偏离浮标固有周期时，浮标的波浪能捕获能力显著下降。因此，具有固定质量的内部惯性体式波浪能供电浮标无法适应海上持续变化的波况。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的缺点，提出一种质量可调节的内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标。在浮标内部设置弹性水囊模块，通过改变其蓄水量来改变浮标的质量及固有周期，进而拓宽浮标实现高效率波浪能捕获的波浪频带宽度。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，包括浮体，所述浮体包括浮体壳体以及惯性体式波浪能发电装置，惯性体式波浪能发电装置包括能够通过惯性体捕获波浪能的惯性体式波浪能捕获模块，所述浮体还包括弹性水囊模块，其中：所述的浮体壳体，外轮廓为轴对称形状，包括同轴设置的内侧浮体壳体和外侧浮体壳体；内侧浮体壳体的顶部设置所述的外侧浮体壳体，而内侧浮体壳体的底部则设置锚链系泊系统；所述的惯性体式波浪能捕获模块，沿着内侧浮体壳体的轴线设置于所述的内侧浮体壳体的内腔；所述的弹性水囊模块，同轴设置于所述的外侧浮体壳体内，并能够随着波浪周期的变化，通过给排水系统从浮体外部吸入海水或者向浮体外部排出海水，改变浮体的质量和固有周期，以与当前波浪周期共振。进一步地，所述的外侧浮体壳体为圆环形构件；所述的弹性水囊模块，包括弹性水囊和弹性带，弹性水囊呈圆环形设置，弹性带具有若干根，弹性水囊通过各弹性带固定在外侧浮体壳体的环形腔腔底，且各弹性带的线膨胀系数均与弹性水囊一致。进一步地，弹性带为弹性橡胶带，且每一根弹性带的两端均设置有厚大端部；各弹性带周向均布在外侧浮体壳体的环形腔中，且各弹性带的两个厚大端部均位于两相对布置的压板内侧，而每一根弹性带的带体均穿过所述的两压板之间的间隙后位于两压板的外侧，并缠绕于弹性水囊的外壁。进一步地，所述外侧浮体壳体包含圆管形外侧板、圆管形内侧板、圆环形底板和圆环形盖板；其中：圆管形外侧板的下端焊接到圆环形底板外环的边缘，而圆管形内侧板的下端则焊接到圆环形底板内环的边缘；圆管形外侧板、圆管形内侧板的上端沿周向均匀焊接若干直角垫板；圆环形盖板通过螺栓连接到直角垫板的上表面。进一步地，所述的惯性体式波浪能发电装置还包括支架以及能够将惯性体式波浪能捕获模块所捕获的波浪能转换为电能的能量转换模块，能量转换模块包括双出杆液压缸以及分别与双出杆液压缸的进、出油口相连的液压系统；所述的惯性体式波浪能捕获模块包括惯性体；所述的支架，安装在内侧浮体壳体中；所述的双出杆液压缸，缸体固定在支架上，活塞杆的伸缩方向与浮体的轴向同向，且双出杆液压缸的活塞杆的其中一端与惯性体固定，另一端则自由运动并套接在套筒中，所述套筒固定在支架上。进一步地，所述的内侧浮体壳体为筒形构件，所述的惯性体式波浪能捕获模块还包括导轨、悬挂弹簧、限位弹簧，其中：所述的导轨，至少包括1根，各导轨均沿着内侧浮体壳体的轴向布置；所述的惯性体，安装在导轨上并能够沿着导轨移动；所述的悬挂弹簧，至少包括两根，每根悬挂弹簧的弹性伸缩方向均与内侧浮体壳体的轴向平行；悬挂弹簧的一端与支架固定，另一端则悬吊惯性体；且悬挂弹簧在惯性体捕获波浪能过程中，始终处于拉伸状态；所述的限位弹簧，具有若干根，一一对应地安装在各导轨的两端部。进一步地，所述内侧浮体壳体包含圆管形侧壁、圆环形顶板和圆形底板；其中：圆环形顶板紧靠着圆管形侧壁的上端开口位置处与圆管形侧壁的内壁固定，圆形底板与圆管形侧壁的下端固定；所述的支架为笼式框架，包括三块圆形钢板以及四根钢管；其中：三块圆形钢板相互平行并间隔地同轴设置；四根钢管沿着内侧浮体壳体的内腔周向均匀分布；三块圆形钢板分别为从上到下依次布置的上端板、中间板、下端板，上端板与圆环形顶板刚性连接，下端板与圆形底板之间设置配重块，配重块与圆形底板固定；所述的惯性体，设置在中间板的下方；所述的悬挂弹簧，上端与上端板固定，下端则悬吊惯性体；所述的导轨，两端分别与中间板、下端板固定；所述的双出杆液压缸，缸体固定在中间板上；所述的套筒，固定在上端板上。进一步地，所述的液压系统，安装在内侧浮体壳体的上表面，包含液压整流集成阀体、高压蓄能器、变量液压马达、发电机和低压蓄能器；液压整流集成阀体通过四个单向阀组成的整流桥集成在一个阀体上而形成，能够将双出杆液压缸进、出油口液压油的双向流动转变为单向流动；该单向流动始于液压整流集成阀体，依次经过高压蓄能器、变量液压马达和低压蓄能器后，再终于液压整流集成阀体；发电机与变量液压马达的转轴固连。进一步地，还包括设备舱，设备舱位于外侧浮体的中央，底面高度高于液压系统中各液压元器件的最大高度；所述的设备舱内，设置有蓄电池以及各种功能器件。进一步地，所述的给排水系统，设置于外侧浮体壳体，并靠近外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，包括浮体，所述浮体包括浮体壳体以及惯性体式波浪能发电装置，惯性体式波浪能发电装置包括能够通过惯性体捕获波浪能的惯性体式波浪能捕获模块，其特征在于，所述浮体还包括弹性水囊模块，其中：/n所述的浮体壳体，外轮廓为轴对称形状，包括同轴设置的内侧浮体壳体和外侧浮体壳体；内侧浮体壳体的顶部设置所述的外侧浮体壳体，而内侧浮体壳体的底部则设置锚链系泊系统；/n所述的惯性体式波浪能捕获模块，沿着内侧浮体壳体的轴线设置于所述的内侧浮体壳体的内腔；/n所述的弹性水囊模块，同轴设置于所述的外侧浮体壳体内，并能够随着波浪周期的变化，通过给排水系统从浮体外部吸入海水或者向浮体外部排出海水，改变浮体的质量和固有周期，以与当前波浪周期共振。/n

【技术特征摘要】
1.一种内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，包括浮体，所述浮体包括浮体壳体以及惯性体式波浪能发电装置，惯性体式波浪能发电装置包括能够通过惯性体捕获波浪能的惯性体式波浪能捕获模块，其特征在于，所述浮体还包括弹性水囊模块，其中：
所述的浮体壳体，外轮廓为轴对称形状，包括同轴设置的内侧浮体壳体和外侧浮体壳体；内侧浮体壳体的顶部设置所述的外侧浮体壳体，而内侧浮体壳体的底部则设置锚链系泊系统；
所述的惯性体式波浪能捕获模块，沿着内侧浮体壳体的轴线设置于所述的内侧浮体壳体的内腔；
所述的弹性水囊模块，同轴设置于所述的外侧浮体壳体内，并能够随着波浪周期的变化，通过给排水系统从浮体外部吸入海水或者向浮体外部排出海水，改变浮体的质量和固有周期，以与当前波浪周期共振。


2.根据权利要求1所述的内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，其特征在于，所述的外侧浮体壳体为圆环形构件；
所述的弹性水囊模块，包括弹性水囊和弹性带，弹性水囊呈圆环形设置，弹性带具有若干根，弹性水囊通过各弹性带固定在外侧浮体壳体的环形腔腔底，且各弹性带的线膨胀系数均与弹性水囊一致。


3.根据权利要求2所述的内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，其特征在于，弹性带为弹性橡胶带，且每一根弹性带的两端均设置有厚大端部；
各弹性带周向均布在外侧浮体壳体的环形腔中，且各弹性带的两个厚大端部均位于两相对布置的压板内侧，而每一根弹性带的带体均穿过所述的两压板之间的间隙后位于两压板的外侧，并缠绕于弹性水囊的外壁。


4.根据权利要求2所述的内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，其特征在于，所述的惯性体式波浪能发电装置还包括支架以及能够将惯性体式波浪能捕获模块所捕获的波浪能转换为电能的能量转换模块，能量转换模块包括双出杆液压缸以及分别与双出杆液压缸的进、出油口相连的液压系统；所述的惯性体式波浪能捕获模块包括惯性体；
所述的支架，安装在内侧浮体壳体中；
所述的双出杆液压缸，缸体固定在支架上，活塞杆的伸缩方向与浮体的轴向同向，且双出杆液压缸的活塞杆的其中一端与惯性体固定，另一端则自由运动并套接在套筒中，所述套筒固定在支架上。


5.根据权利要求4所述的内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，其特征在于，所述的内侧浮体壳体为筒形构件，所述的惯性体式波浪能捕获模块还包括导轨、悬挂弹簧、限位弹簧，其中：
所述的导轨，至少包括1根，各导轨均沿着内侧浮体壳体的轴向布置；
所述的惯性体，安装在导轨上并能够沿着导轨移动；
所述的悬挂弹簧，至少包括两根，每根悬挂弹簧的弹性伸缩方向均与内侧浮体壳体的轴向平行；悬挂弹簧的一端与支架固定，另一端则悬吊惯性体；且悬挂弹簧在惯性体捕获波浪能过程中，始终处于拉伸状态；
所述的限位弹簧，具有若干根，一一对应地安装在各导轨的两端部。


6.根据权利要求5所述的内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，其特征在于，所述内侧浮体壳体包含圆管形侧壁、圆环形顶板和圆形底板；其中：
圆环形顶板紧靠着圆管形侧壁的上端开口位置处与圆管形侧壁的内壁固定，圆形底板与圆管形侧壁的下端固定；
所述的支架为笼式框架，包括三块圆形钢板以及四根钢管；其中：
三块圆形钢板相互平行并间隔地同轴设置；四根钢管沿着内侧浮体壳体的内腔周向均匀分布；
三块圆形钢板分别为从上到下依次布置的上端板、中间板、下端板，上端板与圆环形顶板刚性连接，下端板与圆形底板之间设置配重块，配重块与圆形底板固定；
所述的惯性体，设置在中间板的下方；
所述的悬挂弹簧，上端与上端板固定，下端则悬吊惯性体；
所述的导轨，两端分别与中间板、下端板固定；
所述的双出杆液压缸，缸体固定在中间板上；
所述的套筒，固定在上端板上。


7.根据权利要求4或6所述的内部惯性体式波浪能供电海洋监测浮标，其特征在于，所述的液压系统，安装在内侧浮体壳体的上表面，包含液压整流集成阀体、高压蓄能器、变量液压马达、发电机和低压蓄能器；
液压整流集成阀体通过四个单...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴金明，王鑫，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32